Устройство и принцип работы
Доменная печь представляет собой крупногабаритную шахтную печь круглого сечения, предназначенную для получения чугуна из железной руды методом восстановительной плавки. Это ключевой агрегат доменного цеха. Конструктивно печь состоит из стального кожуха, внутренняя поверхность которого выложена огнеупорным кирпичом (футеровкой). Для защиты кожуха от высоких температур и продления срока службы футеровки применяются системы водяного охлаждения. Вся конструкция опирается на мощный фундамент и поддерживается колоннами.
Исходные материалы, объединенные общим термином «шихта» (железная и марганцевая руды, агломерат, окатыши), загружаются в верхнюю часть печи — колошник. Подача осуществляется скиповым подъемником или с помощью ленточного конвейера. Нагретый до высокой температуры воздух (дутье) поступает через специальные устройства — воздухонагреватели. Готовый продукт — жидкий чугун и шлак — выпускаются через отверстия, называемые летками, в ковши, расположенные внизу печи.
Технические характеристики и управление
Важнейшими параметрами доменной печи являются её полезный объем (в кубических метрах) и полезная высота — расстояние от оси чугунной летки до загрузочного устройства. В России эксплуатируются одни из самых мощных в мире печей с объемом до 5000 м³. Работа домны — это непрерывный технологический цикл, который может длиться до 10 лет между капитальными ремонтами. За этот срок печь способна произвести миллионы тонн чугуна.
Современное доменное производство полностью автоматизировано. Специальные приборы и системы управления в реальном времени контролируют сотни параметров: состав и распределение шихты, температуру дутья и кладки, давление, уровень засыпи, состав отходящих газов. Автоматика регулирует загрузку материалов, переключение воздухонагревателей, системы охлаждения и другие критические процессы.
Историческая эволюция
Первые опыты получения чугуна (сплава железа с углеродом) известны с древности, в Китае и Греции. Исходным сырьем служили особые руды, а топливом — древесный уголь. Классические доменные печи появились в Европе в XIV веке. В России первые домны были построены в XVII веке, а к середине XVIII века страна стала лидером по выплавке чугуна в Европе.
Технологический прогресс был связан с ключевыми изобретениями: переход на каменноугольный кокс (А. Дерби, 1735 г.), использование паровых машин для подачи дутья (И.П. Ползунов, 1766 г.), нагрев дутья (Дж. Нильсон, 1829 г.) и создание регенеративного воздухонагревателя (Э. Каупер, 1857 г). В XX веке огромный вклад в развитие отечественной доменной металлургии внесли ученые М.А. Павлов, И.П. Бардин и М.К. Курако.
Современные тенденции
Сегодня доменное производство — это высокотехнологичная отрасль черной металлургии. Печи оснащены централизованными системами управления, которые отслеживают комплексные показатели эффективности, такие как удельный расход кокса на тонну чугуна и суточная производительность. Для экономии дорогостоящего кокса и снижения себестоимости широко применяется вдувание дополнительных видов топлива (природный газ, пылеугольное топливо). Основные направления развития — увеличение единичной мощности агрегатов, совершенствование подготовки сырья и внедрение ресурсосберегающих технологий.